plc的反应器控制系统设计与实现【字数：12784】
反应器是进行生物或化学反应的容器，通过一系列工程措施，在容器中提供一定的反应条件，使反应更快、更高效地向所希望的方向进行。在工业生产中，连续反应器的运行处于低效率、高能耗、高污染的状态，研究合理的控制方法有利于实现生产目标的同时也能达到节能减排的生产效果。本课题以过程工业领域常见的化工连续反应器单元为被控对象，根据安全、稳定、减排的生产目标，设计连续化工反应器的控制系统。针对液位、压力、温度、流量主要被控参数进行特性分析，设计使用PLC来实现连续反应器的控制。采用S7-300 PLC控制技术在过程控制实训系统SMPT-1000实施，采用组态软件WINCC设计上位机监控程序。根据调试结果，验证了设计的控制方案是可行的，提高了连续反应器的稳定性与安全性。
目录
1.绪论 1
1.1课题研究目的和意义 1
1.2课题研究现状 1
1.3课题研究内容 2
2.系统分析 3
2.1 SMPT1000实验平台简介 3
2.2工艺流程分析 3
2.3对象特性分析 5
2.4控制需求分析 5
3.系统方案设计 7
3.1液位控制系统 7
3.1.1混合罐液位控制 7
3.1.2反应器液位控制 7
3.1.3闪蒸罐液位控制 8
3.2压力控制系统 8
3.3温度控制系统 9
3.4流量控制系统 9
3.5绿色生产、节能减排降耗方面设计 10
3.6安全系统设计 11
3.7阀门的选择 11
4.硬件设计 13
4.1系统总体框架 13
4.2硬件配置 13
4.3控制阀选择 14
4.4 I/O分配 14
5.系统软件设计 17
5.1液位控制程序 17
5.1.1混合罐液位控制程序 17
5.1.2反应罐液位控制程序 20
5.1.3闪蒸罐液位控制程序 23
5.2闪蒸罐压强控制程序 23
5.3反应器温度控制程序 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
/> 5.4流量控制程序 26
5.5 OB1开车程序 32
5.6上位机人机界面程序 32
6.系统调试与分析 35
6.1操作步骤 35
6.2 SMPT1000监控画面 35
6.3调试结果 35
6.4结果分析 38
7.总结与展望 39
7.1总结 39
7.2展望 39
7.3对环境及社会可持续发展的影响 39
参考文献 40
致谢 41
附录 42
1.绪论
1.1课题研究目的和意义
反应器是进行生物或化学反应的容器，通过一系列工程措施，在容器中提供一定的反应条件，使反应更快、更高效地向所希望的方向进行。连续反应器中进料和出料都是连续不断地进行，反应器内的参数随着位置的变化而变化。连续反应器有两种不同的类型，分别称为推流式反应器及连续流完全混合式反应器。
在工业生产中，连续反应器的运行处于低效率、高能耗、高污染的状态，为了实现安全、稳定、减排的生产目标，需要研究化工反应器先进控制方法。目前人们已经不满足于传统的反应器控制系统设计，对于控制有了越来越高的要求，希望通过优化控制系统而实现生产目标。针对低效率、高能耗、高污染的现状，研究先进的控制方法优化系统性能具有重要的实际意义。
本次课题设计使用PLC来实现连续反应器的控制。从先进控制、生产优化、节能、安全等多角度进行合理的选择与设计。提高连续反应器的稳定性与安全性，既实现了生产目标，也达到了节能减排的生产效果。
1.2课题研究现状
在实际的工业生产过程中，连续反应器作为重要设备，它的化学反应过程具有时滞性、非线性以及不确定性的特点，传统控制理论针对这类复杂系统的建模与控制问题是很困难的。 故根据安全、稳定、减排的生产目标，我们要着重设计连续化工反应器的控制系统。
金晶在《连续搅拌釜式反应器系统温度控制研究》中，提出系统中温度是最重要的参数，直接影响着产品的浓度与产率。然而控制性能还有很大的提升空间。该项目旨在通过高效率地利用夹套和盘管冷却装置，实现对于系统的温度控制，并提出一种维护型人类PID控制算法和控制器调节方法。仿真后，温度过冲小，调节时间短，抗干扰能力强，具有一定的应用价值。
丁爽在《基于TS模糊模型的连续搅拌反应釜系统的鲁棒控制》中，根据CSTR系统的反应过程是具有时滞性、非线性以及不确定性的特点，而传统控制理论针对这类复杂系统的建模与控制问题是很困难的。针对TS模糊模型，平滑非线性函数以任意精度近似，非线性系统由线性控制理论中的分析和合成方法进行分析和控制。 实践后证明TS模糊模型针对研究CSTR系统是可行的。
刘奇琳在《基于人工神经网络的CTSR温度控制研究》中，分析研究了自适应神经网络，然后对连续反应器进行了建模，根据基于径向基函数的神经网络系统控制了水壶温度。通过调试结果表明，设计的系统具有良好的鲁棒性、适应性以及抗干扰能力。验证了人工神经网络温度控制对于CTSR控制是可行的。
荣盘祥等在《连续反应器系统动态分析与控制》中，鉴于工业生产中连续反应堆运行的高能耗，根据先进的控制理论，温度滞后问题的控制与传统的PID控制和模型预测控制相结合（PFC）算法。提出了PPFC方法，使控制更加优化，同时确保生产要求，达到节能减排和低碳生产的效果。该智能复合控制算法提高了反应堆温度控制的性能，满足了生产要求，也达到了低碳环保的目的。
随着科技的发展，许多控制方法都在投入实践与应用， 例如pH控制、模糊控制、神经网络控制、模型预测控制等等。这些控制方法使系统更加准确与稳定。因此实际生产中，需要开拓思维寻找更优更准确稳定的控制方法，进一步完善控制方案。
1.3课题研究内容
本课题以连续反应器单元为被控对象，进行工程方案设计。根据安全、稳定、减排的生产目标，设计连续化工反应器的控制系统。采用S7300PLC控制技术，在过程控制实训系统SMPT－1000实施。
目录
1.绪论 1
1.1课题研究目的和意义 1
1.2课题研究现状 1
1.3课题研究内容 2
2.系统分析 3
2.1 SMPT1000实验平台简介 3
2.2工艺流程分析 3
2.3对象特性分析 5
2.4控制需求分析 5
3.系统方案设计 7
3.1液位控制系统 7
3.1.1混合罐液位控制 7
3.1.2反应器液位控制 7
3.1.3闪蒸罐液位控制 8
3.2压力控制系统 8
3.3温度控制系统 9
3.4流量控制系统 9
3.5绿色生产、节能减排降耗方面设计 10
3.6安全系统设计 11
3.7阀门的选择 11
4.硬件设计 13
4.1系统总体框架 13
4.2硬件配置 13
4.3控制阀选择 14
4.4 I/O分配 14
5.系统软件设计 17
5.1液位控制程序 17
5.1.1混合罐液位控制程序 17
5.1.2反应罐液位控制程序 20
5.1.3闪蒸罐液位控制程序 23
5.2闪蒸罐压强控制程序 23
5.3反应器温度控制程序 23
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/> 5.4流量控制程序 26
5.5 OB1开车程序 32
5.6上位机人机界面程序 32
6.系统调试与分析 35
6.1操作步骤 35
6.2 SMPT1000监控画面 35
6.3调试结果 35
6.4结果分析 38
7.总结与展望 39
7.1总结 39
7.2展望 39
7.3对环境及社会可持续发展的影响 39
参考文献 40
致谢 41
附录 42
1.绪论
1.1课题研究目的和意义
反应器是进行生物或化学反应的容器，通过一系列工程措施，在容器中提供一定的反应条件，使反应更快、更高效地向所希望的方向进行。连续反应器中进料和出料都是连续不断地进行，反应器内的参数随着位置的变化而变化。连续反应器有两种不同的类型，分别称为推流式反应器及连续流完全混合式反应器。
在工业生产中，连续反应器的运行处于低效率、高能耗、高污染的状态，为了实现安全、稳定、减排的生产目标，需要研究化工反应器先进控制方法。目前人们已经不满足于传统的反应器控制系统设计，对于控制有了越来越高的要求，希望通过优化控制系统而实现生产目标。针对低效率、高能耗、高污染的现状，研究先进的控制方法优化系统性能具有重要的实际意义。
本次课题设计使用PLC来实现连续反应器的控制。从先进控制、生产优化、节能、安全等多角度进行合理的选择与设计。提高连续反应器的稳定性与安全性，既实现了生产目标，也达到了节能减排的生产效果。
1.2课题研究现状
在实际的工业生产过程中，连续反应器作为重要设备，它的化学反应过程具有时滞性、非线性以及不确定性的特点，传统控制理论针对这类复杂系统的建模与控制问题是很困难的。 故根据安全、稳定、减排的生产目标，我们要着重设计连续化工反应器的控制系统。
金晶在《连续搅拌釜式反应器系统温度控制研究》中，提出系统中温度是最重要的参数，直接影响着产品的浓度与产率。然而控制性能还有很大的提升空间。该项目旨在通过高效率地利用夹套和盘管冷却装置，实现对于系统的温度控制，并提出一种维护型人类PID控制算法和控制器调节方法。仿真后，温度过冲小，调节时间短，抗干扰能力强，具有一定的应用价值。
丁爽在《基于TS模糊模型的连续搅拌反应釜系统的鲁棒控制》中，根据CSTR系统的反应过程是具有时滞性、非线性以及不确定性的特点，而传统控制理论针对这类复杂系统的建模与控制问题是很困难的。针对TS模糊模型，平滑非线性函数以任意精度近似，非线性系统由线性控制理论中的分析和合成方法进行分析和控制。 实践后证明TS模糊模型针对研究CSTR系统是可行的。
刘奇琳在《基于人工神经网络的CTSR温度控制研究》中，分析研究了自适应神经网络，然后对连续反应器进行了建模，根据基于径向基函数的神经网络系统控制了水壶温度。通过调试结果表明，设计的系统具有良好的鲁棒性、适应性以及抗干扰能力。验证了人工神经网络温度控制对于CTSR控制是可行的。
荣盘祥等在《连续反应器系统动态分析与控制》中，鉴于工业生产中连续反应堆运行的高能耗，根据先进的控制理论，温度滞后问题的控制与传统的PID控制和模型预测控制相结合（PFC）算法。提出了PPFC方法，使控制更加优化，同时确保生产要求，达到节能减排和低碳生产的效果。该智能复合控制算法提高了反应堆温度控制的性能，满足了生产要求，也达到了低碳环保的目的。
随着科技的发展，许多控制方法都在投入实践与应用， 例如pH控制、模糊控制、神经网络控制、模型预测控制等等。这些控制方法使系统更加准确与稳定。因此实际生产中，需要开拓思维寻找更优更准确稳定的控制方法，进一步完善控制方案。
1.3课题研究内容
本课题以连续反应器单元为被控对象，进行工程方案设计。根据安全、稳定、减排的生产目标，设计连续化工反应器的控制系统。采用S7300PLC控制技术，在过程控制实训系统SMPT－1000实施。
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